数理化通俗演义-第14章
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却说这次笛卡儿历险之后回到祖国，就将他那在军营里，在车上、船上所思所想的东西整理成一本书，书中专有《几何》一篇。他第一次将几何和代数联系起来，创立了坐标系，这样，在坐标系里只要知道一个点，这个点的轨迹，不管它是直线、曲线、圆、椭圆，都可以通过相应的方程序精确地推出。这一下，变数进入数学、物理、化学、天文等领域，一切运动的过程都可以在这个坐标系里得到明了的综合描述。正因为有这一步，才有后来牛顿一系列的重大发现。所以，人们常说笛卡儿是牛顿的人梯。近代科学渐渐地就要迎来一个新高潮。
欲知后事如何，且听下回分解。
第二十六回
无形学院研究无形物，有识之人脚下有新路
——波义耳定律、化学科学的确立
上回说到那个笛卡儿终日冥思苦想，在数学上终于取得重大成就，创立了坐标系。其实这人才高智广，何止在数学领域，他对于物理、天文、生理、医学、化学也都无所不通。他认为“世界是一本大书”，为读这本大书他终生不肯闲下来而游历各国，与当时欧洲的一些名士学者切磋学术。这天他又游历到英国的斯泰尔桥。不过这次他倒不是来讨论甚么学问，而是拜访他的老朋友莱尼拉芙夫人的。却说他叩门入内，落座接茶。莱尼拉芙夫人见是老友光临，早跑前跑后，又是取水果茶点，又是吩咐仆人备饭。笛卡儿仰坐在椅子里仔细打量起朋友的住所来。这是一座漂亮的私人庄园。窗外红楼绿树，白木栅栏，室内墙上留看精细的浮雕：有鼓着双翅的小天使，有娴静美丽的淑女。这时外面地一阵羊叫，几声鞭响，他探头一望，只见如血的夕阳从群羊的背上抹过，一团白云红雾飘过绿草青水，好一幅牧归图。他这个四海为家终生飘零的人不由得顿生归根之念，他下意识地摸摸自己斑白的鬓角，真是学海无边，何日是岸啊。自己要能有这样一座庄园，让他这只孤舟也能傍岸暂歇一时多好。这时莱尼拉芙夫人也已忙完，笑盈盈地坐在他对面，说：“怎么，看上我这个世外庄园了？”
“是啊，这里太清静了。”
笛卡儿话音未落，忽听楼上脚步杂沓，人声鼎沸，像是开会，又像是吵架。他刚才隐隐升起的闲适之感顿消云外，忙问：“上面在干甚么？”
莱尼拉芙夫人无可奈何地一笑，说道：“世外庄园也不清静啊，一群毛头小子，整日议论甚么世界，甚么物质，一个个都想当你这么大的科学家呢。”
不想这么一说，笛卡儿倒忽然来了精神，旅途的疲劳一扫而光，说：“快领我上去看看。“莱尼拉芙夫人笑道：“你呀，天生是个跳不出苦海的人。”
他们上到二楼，一推门，只见七、八个年轻人，有的坐在桌子上，有的趴在沙发里，还有的依在窗前，正指手划脚，脖粗脸胀地辩论。桌上书本倒扣，纸张乱叠。他们见有陌生人进来才赶快打住话头。莱尼拉芙夫人指着当地站着的一个二十来岁的小伙子说：“你还没见过，这就是我的小弟弟波义耳，这些都是他们组织里的人。”又回过头说：“你们也认识一下，这就是我的老朋友，你们常议论的大人物笛卡儿。”小伙子们不禁大吃一惊，喜悦得如遇着上帝下凡一般，一起围了上来。笛卡儿说：“你们在议论甚么？”
“还不是亚里士多德老头早就讲的那个老问题，世界到底是甚么。是水，是人？还是土，是气？”他们乱哄哄地一齐回答。又有人补充道：“最近还流行甚么‘三原质’说，说是一切物质遇火都要分解成三种元素：硫磺、水银、盐。说木头点着火后，火苗是硫磺，冒的烟是水银气，留下的灰是盐。”
“这都是些胡说。”一扯到这个话题，波义耳又恢复了刚才咄咄逼人的架势，忘记了面前新来的这位贵客，“物质遇火不一定都是分解，有时反倒是合成。如灰和沙子经火一烧倒成了玻璃。再说，就是那‘三原质’也不是不可再分的东西。如他们的盐里就有碱和酸。从亚里士多德以来，人们总是在这些无形的东西上辩论来辩论去，其实真正解决问题的方法还是要实验，要一样一样地去试，这些无形的东西就可以看得见摸得看了。他们至少有三样特点：形状、大小和运动。”
笛卡儿在一旁听着，觉得这些年轻人确实有胆有识，一切经过实验，这不是培根提倡的方法吗？他们敢于反对旧的经院式研究去闯自己的新路，便又问：“刚才听说你们还有个组织，叫甚么名字？”
“无形学院。”
“甚么意思？”
“我们自愿结合到一起讨论问题，无拘无束，无形无体，不就是无形学院吗？”
笛卡儿闻听哈哈大笑：“好，好，有意思，你们比牛津的那些学院并不差分毫啊，真是后生可畏。”
再说这波义耳（1627~1691）也真是说到做到。他父亲是一位保皇的伯爵，前不久在与克伦威尔革命军作战中刚刚阵亡，留下了这笔家产。他就用这些钱在领地里修起冶炼大铁炉，买来瓶瓶罐罐，雇了工人、秘书。波义耳是个百科全书式的学者，物理、化学、生物、医学、哲学、神学无所不爱，无所不去研究。这些实验大都是由他精心设计，由别人去做，他分析记录，研究规律，然后口授论文。这天他正在实验室里巡视，助手威廉报告刚从国外买来两瓶盐酸。波义耳说：“拿来让我看看。”这时老花匠刚采了一大篮子紫罗兰，扎成一束束正向各房间里分插。波义耳闻着沁人心脾的芳香，看看那紫里透蓝的花瓣，不觉随手从篮子里抽了一束，拿在手里一边玩，一边看威廉往一个烧瓶里倒盐酸。那淡黄色的液体一流出瓶口，便冒着滚滚的浓烟，缓缓地在瓶子周围滚动。波义耳和助手都感到一阵刺鼻地难受，他忙用花束下意识地扑打了几下，又把花举到鼻下。等看过新买的盐酸，他举着花束又欢快地回到书房，这时花上还在冒着轻烟。多娇好的花朵，不幸竟也沾上了盐酸的飞沫。他赶忙将花浸到一个有水的玻璃盆里，然后在地上一趟一趟地踱着步子，开始给秘书口授文章。不知这样走了第几趟，他偶一抬头，突然发现玻璃盆里的花变成红色的了，他以为是玻璃与阳光的作用，忙上去一把抽出来。刚才这花明明还是蓝茵茵的一瓣一瓣，怎么转眼就成了红艳艳的一朵一朵？秘书听他不说话，一抬头见波义耳正在那里对着一束水淋淋的鲜花发愣，他正要问话，波义耳却大喊道：“快到花园里去再采一大把紫罗兰，还有药草、苔鲜、五倍子，各种花草树皮都采一点来。”
原来聪明的波义耳立即悟到是盐酸使紫罗兰变成红色。那么对其他花草会怎样呢？他将各种花草制成浸液，然后用酸碱一一去试，果然有的遇碱变色，有的遇酸变色，而更有趣的是用石蕊苔鲜制成的一种紫色浸液却是遇酸变红，遇硷变蓝，一身兼二性，实在妙极了。他用这浸液将纸泡湿，然后再烘干，以后遇到新的液体不知是酸是碱，只要剪上一条这种试纸，投入液中，或红或蓝，酸碱立判分晓。
正是：
有色有味紫罗兰，任人品嗅任人看。 一朝落入知己手，却为化学来指南。
我们现在中学生在课堂上用的指示剂，原来就是这样发明的。
却说这波义耳发明了指示剂后就更认真地要分出各种物质的特性。他早已不相信那关于水、土、气、火是最简单的物质的说法，而认为世界走出一些最小的微粒组成，但是微粒是怎样结合在一起，他又要亲自来试一试。这天波义耳又和自己的新助手罗伯特．胡克将一些不同的反应物放在一个U形管里，管的一头密封，再从另一头加压。波义耳说：“我想压力提高，这些微粒的结合就会更快。请将压力平衡管提高，增大压力一倍。”胡克将压力慢慢升高一陪，波义耳去看U形管的刻度，他惊奇地发现：气体体积缩小了一半。他喊道：“再加大一倍。”体积又缩小了一半。这回他亲自操作，压力慢慢减少，当小到等于最初压力时，气体的体积也正好恢复到原来的大小。他立即挥笔在本子上记下一句话：
气体的体积和它的压强成反比。
这就是1662年发现的，着名的波义耳定律。
现在波义耳手中已掌握了大量的实验材料，于是他集中精力开始写一本新书《怀疑的化学家》。他在这本书里力排众议，把过去认为化学就是炼金术，就是制药之道，元素是四种或三种的说法批驳得体无完肤。他别指新路，认为化学应当说明化学过程和物质的结构，元素就是再不能分解的物质。
近代化学出现了。恩格斯说，是“波义耳把化学确立为科学”。
波义耳就是这样从亲自做实验入手，积累了资料，又上升到理论着书立说。现在他暂时离开了烧瓶、熔炉，而每天以墨水纸张作伴。这天波义耳正专心致志地写书，胡克突然慌慌忙忙地推门进来，高喊着：“好消息，好消息。波义耳先生，伦敦来信了！”
究竟伦敦来信带来甚么消息，且听下回分解。
第二十七回
苹果月亮 天上地下一个样，痴男傻女 你东我西难成双
——万有引力定律的发现
上回说到波义耳正在家里安心写书，忽然胡克跑进来大喊有好消息。原来是伦敦来信，要成立皇家学会，请波义耳去主持。波义耳一听也喜上眉梢，不久他便带上胡克等前往伦敦。这无形学院真的发展成一所有形的皇家学会了。近代科学浪潮滚滚，科学队伍人才辈出也实在需要一个组织将大家团结起来，这皇家学会集很多学术团体而成。另一方面，当时在各学科研究领域已出现很多重要人物和重要的科学成就，如伽利略在力学上的发现，开普勒对天空的立法，笛卡儿在数学上的发明……真是各路英雄风云际会，各个领域百花齐放，这时也实在需要一个更高的伟人出来，将这些新成果总结一番，归纳出一个解释自然世界的总法则。说也奇怪，就刚好在伽利略逝世的1642年，牛顿（公元1642－1727）来到人间。
真是天降大任于斯人，必先苦其心志，劳其筋骨。这牛顿末出娘腹，父亲便去世；不到两岁，母亲又改嫁。在舅舅和外祖母的抚养下，他从小体弱多病。1661年6月，他以“减费生”身份考入剑桥大学三一学院。他比一般同学都大四、五岁，但他从小有个好习惯，就是爱亲自动手做小机械之类的玩艺儿，手极巧。入学后遇着一个叫巴罗的好老师的悉心栽培，这迟熟的牛顿茅塞顿开，学业进步很大，经常提出一些自然和数学方面的问题，使巴罗又惊又喜。谁知好景不长，学习不到三年，便发生了席卷全国的大瘟疫，伦敦在1665年一个夏天便死了二万多人。学校只好放假，牛顿卷着铺盖又回到老家沃尔斯索普村。
这时的牛顿脑子里已装了许多天文、数学知识，和当时在村里割草锄地时自然不同。他大部分时间用在闭门读书上，或有时到田间、树下仰头作着谁也猜不透的冥想。好在离他家不远住着一位斯托里小姐，这是他青梅竹马的女友。他俩常在一块说话，倒也不算寂寞。
这天夜幕初降，晚餐过后，牛顿在自己的房间里刚捧起伽利略的《对话》，忽听窗外有风由远及近，簌簌飒飒，摇着那些树叶，奏起一阵秋声。不一会儿“扑通”一下，轻轻地像有甚么东西落在院里，接着又是一下。牛顿合上《对话》，披衣推门而出。院里月光如水，落叶满地，他在树下踱着步子，想着刚才那声音。忽然又是“扑通”一声，一个东西擦着他的肩膀，跌落在自己的脚边。他吃了一篇，忙蹲下一看，是一个熟透的苹果，再向地上摸了摸，早落下有五、六个了。牛顿心里一喜，将苹果拾到衣襟里，想：我现在我给斯托里送去，让她高兴高兴。自我回家以来，她常常给我送些果酱呀，草莓呀，我却没有回谢过人家。牛顿蹲下拾苹果时这样想着，可是当他兜着衣襟直起身时，抬头看见了那轮明月，不免又犯起寻思来：苹果熟了就会落到地上，那月亮为甚么不会落下来呢？再者，这苹果为甚么不会与月亮一样，飘上天却非要往地上落不可呢？为甚么月亮绕着地球转，也不会飞走？伽利略说，物体不管轻重落地时是一样快的，这月亮与苹果为甚么不一样？“月亮、苹果……”他这样一路念叨着，不觉已走到斯托里小姐家的门前。响声惊动了小姐，她掀起窗帘，一看那个瘦高的身影，慌忙一阵风似地跑出来：“啊！亲爱的，怎么你来了？”她知道每天晚上牛顿是关门读书的。牛顿笑了笑，捧出衣襟里的苹果。斯托里想不到他还会这样多情，忙将他请到屋里，心头高兴得怦怦直跳。她忙着又搬椅子又倒茶，而牛顿放下苹果，转身便走。斯托里忙追上去：“好不容易来我家一趟，也不多坐一会儿？”牛顿却答非所问：“亲爱的，外面月色正好，你说月亮为甚么不会掉下来？”“唉呀！你又中甚么邪了，每天尽和我说这些怪问题，我才不管呢！我只知道月亮下面我俩好散步。”斯托里格格地笑道。其实她是很喜欢听牛顿讲这些怪问题的，虽然她听不懂，但能和他在一起心里总觉得热乎乎的。这时她将那只温柔的小手伸在牛顿的大手里，牛顿不再说话，他们就这样默默地走着，一会儿又回到牛顿家那棵苹果树下。牛顿这才如梦初醒，说：“斯托里，我再送你回家吧。”“你今晚这样痴痴呆呆的，送走我，怕你也找不见家了。”斯托里笑了笑，忙抽出手来，转身疾走着回去了。
一连三天，牛顿没有出门。他把在巴罗老师身边学的知识全部调动出来，又翻出伽利略、开普勒的书来。他每天睡得很晚，又起得很早，起床后常常是刚穿上一只袖子，就拿起笔来伏案计算，直到外祖母来喊他吃午饭，才发觉衣服还未穿好。他和前人不一样，他们是靠观察，靠测数据，而他觉得关键是要找出这些已知材料之间的联系。他要靠思考，靠数学推导来攻这个苹果与月亮是不是一样的难题。他想那月亮绕地球飞行的速度v月应该是它的绕地轨道长除以绕地球周期（v（月）＝2πr/T），月亮的向心加速度a月＝v（月）2/r＝4π2r/T2＝0。0027米/秒2（T=27。3天＝2。36×10^6秒，v＝3。8×10^8米）。这是天上的规律。那么地球吸引苹果呢？它的加速度就是自由落体加速度g＝9。8米/秒2。根据开普勒三定律可推出两行星间的吸力与它们间的距离平方成反比。天上地下的规律一个样，那么这个比例是成立的a（月）/g＝R2/v2（R是地球半径，即苹果到地心距离；r是地月间距离）。g=9。8，r=60R，所以a（月）＝9。8×（1/60）2
